DE2305007A1

DE2305007A1 - Abstandshalterung fuer atomreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE2305007A1
Application number: DE2305007A
Authority: DE
Inventors: Roy C Carlson; Loyd L King; George A Sofer
Original assignee: Exxon Nuclear Co Inc
Current assignee: Framatome ANP Richland Inc
Priority date: 1972-02-04
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1973-08-09
Also published as: CA994015A; IT978770B; SE385166B; ES411267A1; FR2170240A1; JPS4925389A; US3852154A; FR2170240B1; BE794919A

Description

DR. KARL TH. HBGBL · DIPL.-ING. KLAUS DICKBL

2OOO Hamburg BO

Große Bergstraße 223 Postfach 6OO862 Telefon: (0411) 39829B Telegramm-Adreeee: Doellnerpatent

Ihr Zeichen: Unser Zeichen: Datum

H 2091

EXXON NUCLEAR COMPANY 777 106th Avenue, N. E. Bellevue, Washington, Y. St. A,

Abstandshalterung für Atomreaktor-Brennelemente

Die Erfindung betrifft eine Abstandshalterung für Atomreaktor-Brennelemente .

Bei dem Entwurf eines Brennelementes für einen Kernenergiereaktor ist es außerordentlich wichtig, daß die Lage des spaltbaren Brennmaterials in einer bestimmten, festen räumlichen Lage innerhalb des Kernes gehalten wird, um eine optimale Wärmeerzeugung über eine längere Zeit hinaus zu gewährleisten. Wenn diese räumliche Lage nicht eingehalten wird, kann ein zufriedenstellender Kühlmittelstrom um das spaltbare Brennmaterial nicht erreicht werden. Dies führt zu heißen Stellen oder sogenannten "hot spots" und einem schlechten Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung. Dementsprechend kann in dem Reaktor für eine vorgegebene Brenngeschwin- t weniger elektrische Energie erzeugt werden.

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I'i,HlH(.|i«ckk<iiitoi HittiihurK 2Ü122O · Hunk: Dresdner Bank AO. Kto.-Nr. 38138Ü7

Um diese Probleme zu lösen, sind bereits beträchtliche Anstrengungen gemacht worden, um eine geeignete räumliche Verteilung des Brennmaterials zu gewährleisten. Bei einem typischen, zeitgemäßen Entwurf ist das Brennmaterial in langen, dünnen, korrosionsbeständigen Rohren untergebracht, die in einem festen Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet sind und durch Abstandshalter oder sogenannte "spacer" in ihrer Lage gehalten werden. Der Aufbau der bislang verwendeten Abstandshalterungen wird beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 3 185 632, 3 255 090, 3 350 275, 3 379 617, 3 380 890, 3 398 053» 3 405 033, 3 423 287, 3 442 763, 3 510 397, 3 536 583 und 3 674 635 wie auch in der italienischen Patentschrift 837 573 (U.S. 3 654 077) und der deutschen Offenlegungsschrift 1 930 981 (U.S.Ser.No. 748 149, eingereicht am 24. Juni 1968) beschrieben.

Obwohl der Aufbau der herkömmlichen Abstandshalterungen die räumliche Einordnung der Brennelemente mehr oder weniger aufrechtzuerhalten ermöglicht, ist doch jede mit einem oder mehreren Nachteilen verbunden, die ihren Einsatz weniger erstrebenswert erscheinen lassen. Einer dieser Nachteile ist die mechanische Stabilität der Abstandshalterungen. Die Abstandshalterungen müssen nicht nur hohe Temperaturen aushalten können, sondern auch den großen Mengen zwischen den Brennelementen und durch die Abstandshalterung hindurchströmender, gasförmiger oder flüssiger Kühlmittel eine hinreichende Viderstandkraft entgegenstellen sowie auch die VibrationsSeräfte zwischen den Brennelementen und der Abstandshalterung aufnehmen können. Wenn die Abstandshalterung diese .Belastungen nicht aushalten kann, treten die oben erwähnten Nachteile in Form von

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heißen Steilem oder Verlust der Energie ausbeute auf, und, was möglicherweise noch schlimmer ist, die Brennelemente können reißen, was zu einem Eintritt des radioaktiven Brennmaterials in das Kühlmittel führt, wodurch der Reaktor verseucht wird· Außerdem sind die meisten herkömmlichen Abstandshalterungen so aufgebaut, daß sie zu Abnutzungserscheinungen neigen, d.h. durch die Reibung zwischen dem Brennelement und der Abstandshalterung infolge der Vibration können Löcher in der Verkleidung des Brennelementes entstehen. Ein weiterer Nachteil der meisten herkömmlichen Abstandshalterungen liegt darin, daß der Flüssigkeitsstrom entlang des Brennelementes behindert wird. Das bedeutet einen geringeren Wirkungsgrad bei dem Abtransport der Wärme von dem Reaktorkern zu der Vorrichtung zur Erzeugung der elektrischen Energie und führt somit zu einer geringeren Kraft ausbeute. Ein weiteres Problem der herkömmlichen Halterungen liegt in der Zerbrechlichkeit der Eckteile der Halterung beim Absenken oder Herausheben der Einzelteile der Brennstofjäemente in ihre Umhüllung ©der aus dieser heraus, wenn die Brennstoffelemente in den Kernreaktor eingesetzt oder aus diesem herausgenommen werden. Bei dem Versuch, diese Probleme zu überwinden, ist es wichtig, die Menge des Neutronen absorbierenden Materials, das in der Halterung verwendet wird, möglichst; gering zu halten. Wenn dies nicht geschieht, führt dies entweder zu einer Verringerung der Energieausbeute, oder eine stsb* kere Brennstoff anreicherung wird erforderlich (um so den Neutronenmangel des Reaktors auszugleichen). Auch die Verminderung des Neutronen absorbierenden Materials innerhalb der Halterung war bei den meisten herkömmlichen Abstandshalterungen problematisch.

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Erfindungsgemäß wurde eine Abstandshalterung geschaffen, die die räumliche Anordnung der Brennelemente während des Reaktorbetriebes aufrechterhält. Diese Abstandshalterung besitzt ein umlaufendes Stützband mit gitterförmigen Eckteilen und verbesserten, ausgebuchteten Seitenteilen sowie aufteilende Haltestreifen, die mit dem umlaufenden Stützband verbunden sind, und Federungen, die durch die Haltestreifen in der gewünschten Lage gehalten werden.

Die Eckteile besitzen ein Haltegitter und mit Vertiefungen versehene Streifen, die in einer solchen Weise an den Verbindungsstücken angebracht sind, daß die Eckteile etwa die gleiche Festigkeit haben wie voll ausgebildete Eckteile, dabei jedoch weniger Neutronen absorbierendes Material enthalten. Die Verbindungsstücke sind wiederum an den Seitenteilen befestigt, wobei bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform die mit Vertiefungen versehenen Streifen aus einem oberen Streifen oberhalb des Haltegitters und einem unteren Streifen unterhalb des HaI-tegitters bestehen, wobei die Vertiefungen in dem oberen Streifen in senkrechter Ausrichtung mit den Vertiefungen in dem unteren Streifen stehen.

Weiterhin sind die Seitenteile mit verbesserten Kühlmittel-Strömungskanälen versehen. Die Ausbuchtungen wurden vergrößert und mündeten alle in einen einzigen Kanal zwischen den Wänden der Seitenteile und den danebenliegenden Brennelementen. Der obere Abschnitt der Seitenteile ist mit Vertiefungen versehen, so daß das Kühlmittel leichter durch den Kanal fließen kann, während die angrenzenden Brennelemente in ihrer festen Lage besser gehalten werden können. Vertiefungen sind außerdem un-

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terhalb der Ausbuchtung vorgesehen und in vertikaler Ausrichtung mit denen in der oberen Lage angeordnet, um einen besseren KühimitteIstrom und eine sichere Haltung der Brennelemente zu gewährleisten. Nach, einer Ausführungsform sind die Seitenteile mit Reibwulsten versehen, die die Berührung der Abstandshalterung mit der Umhüllung gering halten, jedoch immer noch die sichere räumliche Anordnung der Einzelteile in der Umhüllung gewährleisten·

Die Haltestreifen können auch eine unterteilte Kombination von gitterförmigen Haltestreifen und Streifen aus einem einzigen Band bilden. Die gitterförmigen Haltestreifen besitzen ein oberes und ein unteres Band, die durch Verbindungssäulen aneinander befestigt sind, wobei die Streifen so ausgerichtet sind, daß sie andere Gitterhaltestreifen oder aus einem Band bestehende Streifen, die ebenfalls entsprechend ausgerichtet sind, unterteilen, so daß öffnungen für die Brennelemente und Kühlmittelwege entstehen, wenn die Unterteilung hergestellt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der gitterförmige Haltestreifen Vertiefungen, die sich in die gebildeten öffnungen erstrecken. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform haben die Vertiefungen kleine abgerundete Vorsprünge, die mit den Brennelementen in den öffnungen in Berührung stehen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform haben die aus einem Band bestehenden Streifen Vertiefungen, die ebenfalls die abgerundeten Vorsprünge aufweisen. Bei wieder einer anderen Aus führungs form sind die Vertiefungen so ausgebildet, daß diejenigen, die an den vorspringenden Elementen der Federanordnung anliegen,und ebenfalls in die öffnungen hineinragen, das Brennelement nicht berühren, bis das 3?ederelement in starkem Ausmaß durch das Brennelement zusammengedrückt ist.

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Bei einer anderen Ausführungsform besitzt das Federelement
vier flexible Teile, wovon mindestens einer in die Brennelementöffnung hineinragt, die an den oberen und unteren Halteteilen befestigt ist, welche von den Haltestreifen an ihrem Platz gehalten werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das FedeisLement einen gebogenen Hauptteil
auf, der von zwei mit einem geringeren Radius gebogenen Teilen flankiert wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Federanordnung als Bimetall ausgeführt, wodurch der nicht flexible Teil der Federanordnung aus einem Material mit sehr geringer Neutronenabsorption (z.B. Zirkonium usw.) bestehen,
während der flexible Teil aus einem stärker federnden Material (wie z.B. Inconel usw.) hergestellt sein kann.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung, teilweise aufgeschnitten, einer Anordnung der Brennelementbestandteile, bei welcher die erfindungsgemäße Abstandshalterung Verwendung findet,

Fig. 2 die Abstandshalterung nach der Erfindung in perspektivischer Sicht,

Fig. 3 eine Ecke der in Fig. 2 dargestellten Halterung, ebenfalls in perspektivischer Sicht,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Seitenelement der Halterung

entlang der Schnittlinie 6-6 der Fig. 8, der die räumliche Beziehung des Seitenteiles der Abstandshalterung zu den Brennelementen zeigt,

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Fig. 5A eine Seitenansicht eines oberen gitterförmigen Haltestreifens, der in Fig. 2 dargestellten Abstandshalterung,

Pig. ί?Β eine Seitenansicht eines unteren gitterförmigen Haltestreifens, der in Fig. 2 dargestellten Anordnung,

Fig. 5C eine Seitenansicht eines oberen einfachen Streifens der Anordnung,

Fig. 5D eine Seitenansicht eines unteren einfachen Streifens der Anordnung,

Fig. 6 eine perspektivische Sicht eines Teils der sich überschneidenden Haltestreifen, teilweise im Schnitt,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung der Feder und der Abfanganordnung der in Fig. 2 gezeigten Halterung,

Fig. 8 die Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Halterung und

Fig. 9 einen vergrößerten Mittelteil der Fig. 8, entsprechend der dort gezeigten strichpunktierten Linie.

Bei einer Anordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist» sind die Brennelemente 101 in einem vertikalen, parallel orientierten Bündel angeordnet. Sie werden durch eine obere Abschlußplatte 102, eine untere Abschlußplatte 103 und eine oder mehrere Abstandshalterungen 104 in der gewünschten Lage gehalten. Die obere Abschlußplatte 102 kann auch einen Griff 108 besitzen, der verwendet wird, um die Anordnung aus der Umhüllung heraus- oder in diese hineinzuheben. Die obere und die untere Abschlußplatte können mittels Verbindungsstangen 106 an der Umhüllung befestigt werden, wobei die Stangen in der dargestellten Weise an die Umhüllung angenietet sind.

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Välirend des Betriebes fließt ein Kühlmittel, wie "beispielsweise Wasser, im allgemeinen von der unteren Abschlußplatte an aufwärts durch die öffnungen oder Kanäle 107 zwischen den Brennelementen 101 an den Abstandshalterungen 104 vorbei durch die obere Abschlußplatte 102 in eine (nicht dargestellte) Wärmeaustauschzone, wo die Wärme, die das Kühlmittel während des Durchströmens der Anordnung aufgenommen hat, zur Erzeugung von Elektrizität Verwendung finden kann. Wegen der enormen Wärmemenge, die durch die Spaltreaktionen während des Betriebes des Reaktors erzeugt wird, muß die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch die Kanäle 107 sehr groß sein, um die erzeugte Hitze abzutransportieren· Dieser Wasserstrom setzt dementsprechend die Einzelteile der Abstandshalterung 104 einer starken Belastung aus·

Wie die Fig. 2 zeigt, besitzt die erfindungsgemäße Abstandshalterung ein Halteband 201 mit gitterförmigen Eckgliedern 202 und verbesserten ausgebuchteten Seitenteilen 203 sowie sich überschneidende Haltestreifen 301, 302, 401 und 402, die Öffnung 601 und Ifederanordnungen 501 bilden.

Bei den herkömmlichen Abstandshalterungen war das Eckstück aus einem festen, gekrümmten Stück aus Metall oder einer Legierung hergestellt und an den Seitenteilen befestigt. Während ein derartiger Aufbau zwar die erforderliche Festigkeit und Stabilität besaß, um das Be- und Entladen des Reaktors mit den Einzelteilen zu überstehen, wies.er jedoch ernsthafte Nachteile auf, von denen einer darin liegt, daß er zuviel Neutronen absorbierendes Material enthielt. Um dieses Material zu verringern, sind bereits Eckstücke aus einem einfachen Streifen hergestellt worden. Dieser Aufbau bietet jedoch oftkeine ausreichende strukturelle

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Festigkeit, um das Rütteln auszuhalten, das während des Ladens oder Entladens des Reaktors mit den.Einzelteilen auftritt. Hierbei können die Eckstücke abbrechen, wodurch die Abstandshalterung so geschwächt wird, daß sie während des Reaktorbetriebes auseinanderfällt. Ein anderer schwerwiegender Nachteil des Aufbaues mit einem einzelnen Streifen liegt darin, daß die Eckbrennelemente nicht fest genug durch das Eckstück gehalten werden. Das erfindungsgemäße, mit Einbuchtungen versehene, gitterförmige Eckglied 202 behebt die meisten dieser Schwierigkeiten. Dementsprechend besitzt, wie aus Pig. 3 ersichtlich ist, das Eckglied 202 Verbindungsstücke 202a, eingebuchtete Streifen 202b sowie ein Stützglied 202c. Die Verbindungsstücke 202a sind an den Seitenteilen 203 (beispielsweise durch Schweißen) befestigt und geben somit der Abstandshalterung ihre Umfangsform (z.B. ein Quadrat, ein Parallelogramm usw.). Ein (nicht dargestelltes) Brennelement wird in der öffnung 601 im Anschluß an das Sckglied 202 in zwei Ebenen von dem oberen und dem unteren, mit Einbuchtungen versehenen Streifen 202b gehalten. Dadurch, daß das Brennelement in zwei voneinander getrennten Ebenen gehalten wird, ist seine Ruhelage erheblich sicherer. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Eckgliedes liegt in der Verwendung des Stückteiles 202ί· Dadurch kann die verwendete Menge an Neutronen absorbierendem M°terial erheblich vermindert werden, während gleichzeitig die strukturelle Festigkeit etwa der eines voll ausgebildeten Eckgliedes der gleichen Tiefe entspricht.

Wie aus Fig. 2 deutlich wird, besitzt jedes Seitenteil 203 einen mit Vorsprüngen 203a¹ versehenen unteren Abschnitt 203a, einen sich nach außen vorstreckenden mitteleren Abschnitt 203b und einen mit Vorsprüngen 203c¹ versehenen oberen Abschnitt203c

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Die Vorsprünge 203a¹ erstrecken sich in Richtung auf das Innere der Abstandshalterung, und zwar so weit, wie notwendig ist, um die in die öffnung 601 im Anschluß an das Umfangsstützband 201 eingebrachte Brennelement zu berühren. Nach oben an einen jeden Vorsprung 203a¹ angrenzend ist eine Ausbuchtung 203d vorgesehen, die zu dem vorgebogenen mittleren Abschnitt 20^b eine öffnung bildet. Der mittlere Abschnitt ist von dem inneren der Abstandshalterung so weit nach außen gebogen, daß ein Kanal entsteht, der groß genug ist, um das Kühlmittel leicht zwischen dem Seitenteil 203 und dem Brennelement 101 im Anschluß an das Seitenteil 203 hindurchtreten zu lassen. Der mittlere Abschnitt besitzt außerdem Reibwulste 203b·, die noch weiter von dem vorgebogenen Mittelafeschnitt 203b nach außen vorgezogenen sind, um die (nicht dargestellte) Umhüllung zu berühren. Ein guter Kontakt mit der Umhüllung wird aufrechterhalten, obwohl gleichzeitig die Kontaktfläche verringert wird, wenn die Reibwulste 203b¹ nur an den Enden des ausgebogenen Abschnittes 203b angeordnet werden. Dieses ist insofern vorteilhaft, als ein guter Kühlmittelstrom auch zwischen dem ausgebogenen mittleren Abschnitt und der Umhüllung erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß ein geringeres Reibungsproblem zwischen der Abstandshalterung und der Umhüllung entsteht. Bei einer besonders bevorzugten Ausführuiigsform werden die Reibwulste dem Ende der Einbuchtungen 203d benachbart angeordnet, so daß mehr Kühlmittel zwischen dem Brennelement und dem angrenzenden Seitenteil 203 hindurchfließen kann. In dem unteren, mit Vorsprüngen versehenen Abschnitt 20?a ft_t?strekken sich ebenfalls die Vorsprünge 203c nach innen in Sichtung auf die Mitte der Abstandshalterung und berühren die Brennelemente 101, die in die öffnungen 601 an das Umfangshalteband

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angrenzend eingeführt werden. Dadurch bilden die Vorsprünge 203c' existierende Einbuchtungen 203e, durch welche das Kühlmittel glatt fließen oder hindurchströmen kann. Dieses gilt natürlich auch für die Vorsprünge, die in den Ecken liegen. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform erstrecken sich die Vorsprünge 203a¹ und 203c¹ im gleichen Ausmaß nach innen.

Aus Fig. 4 werden die Vorteile der Seitenteilausbildung gegenüber dem Stand der Technik deutlich. Das Brennmaterial 101a innerhalb des Brennelementes 101 erzeugt Wärme, die an die Umgebung abgegeben wird. Wenn diese Wärme nicht wirtschaftlich abtransportiert wird, vermindert sich nicht nur der Wirkungsgrad des Energie erzeugenden Reaktorkernes, sondern die Teile der Abstandshalterung in der Nähe des Brennelementes 101 werden großen thermischen Belastungen ausgesetzt. Nach einer gewissen Zeit können ernsthafte strukturelle Schaden an der Abstandshalterung auftreten. Nach der Erfindung kann das aufwärtsströmende Kühlmittel leicht durch die Einbuchtungen 202d in den Kanal 204 eintreten, wo die erzeugte Wärme auf das Kühlmittel überführt werden kann, das darauf störungslos durch die Ausgangseinbuchtungen 202d, die durch die Vorsprünge 202c¹ gebildet werden, entweichen kann. Durch diesen Aufbau wird ein struktureller Widerstand eliminiert, der herkömmlicherweise zu finden ist, während gleichzeitig eine Stütze für die Brennelemente im Anschluß an die Seitenteile 202 gebildet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Haltestreifen aus sich überschneidenden, gitterförmigen Stützstreifen und 302, wie aus den Figuren 5A und 5B zu sehen ist, und aus einem Band bestehende Streifen 401 und 402, die in den Figuren 50 und 5D dargestellt sind. Der in Fig. 5 gezeigte gitterför-

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mige Haltestreifen 301 besteht aus einem oberen Band 301a» einem unteren Band 301b, einem Verbindungsstück 301c, das die beiden Bänder verbindet und eine Gitterstruktur bildet. Im einzelnen weist der obere Streifen 301a Kerben 301a¹ auf, die entsprechende, diese überschneidende Kerben anderer Haltestreifen aufnehmen, wie nachfolgend im einzelnen noch beschrieben werden soll. Auch der untere Streifen 301b ist mit Kerben 301b¹ versehen, die eine ähnliche Punktion erfüllen wie die Kerben 301a^f. In gleicher Weise ist auch das Verbindungsstück 301c mit einer Kerbe 301c¹ versehen. Der in Pig. 5^B dargestellte Haltestreifen 302 ist dem in Pig. ^A gezeigten Streifen 301 insofern sehr ähnlich, als auch dieser einen oberen Streifen 302a mit Kerben 302a', einen unteren Streifen 502b mit Kerben 302b⁸ und Verbindungsstücke 302c mit Einkerbungen 302c¹ aufweist. Der Unterschied zwischen den beiden liegt in der Anordnung der Kerben 301c¹ und 302c' in den Verbindungsteilen. Die Kerbe 301c' ist von dem unteren Streifen 301b aus eingeschnitten, während die Kerbe 302c¹ von dem oberen Band 302a aus eingeschnitten ist. Auf diese Weise können sich die beiden gitterförmigen Streifen überschneiden, wie nachfolgend noch deutlicher beschrieben werden soll. Die Piguren 30 und 5^ zeigen einen einen oberen, aus einem Band bestehenden Streifen 401 und einen unteren aus einem Band bestehenden Streifen 402. Der Streifen 401 besitzt Vorsprünge 401a, die, wenn sie sich mit anderen Haltestreifen überkreuzen, zusammen mit entsprechenden Vorsprüngen die Federanordnung 501 in ihrer Lage halten, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Vorsprünge 401a besitzen Kerben 401a¹, die in die untere Hälfte eingeschnitten sind. Außerdem sind Kerben 401b in den unteren Teil des Streifens 401 eingeschnitten. Der Streifen 402 ist insofern dem Streifen

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401 ähnlich, als ebenfalls in den unteren Teil Kerben 402b eingeschnitten sind» er unterscheidet sich jedoch insofern, als die Vorsprünge 402a Einkerbungen 402a¹ in ihrem oberen Teil aufweisen.

Obwohl die Figuren 5C und 5D die Streifen 401 und 402 ohne Vorsprünge zeigen, können diese jedoch vorhanden sein , wenn dies wünschenswert erscheint.

In Fig. 6 ist die Art und Weise, in welcher die Haltestreifen sich überschneiden und die Öffnungen 601 bilden, im einzelnen näher erläutert. An der Stelle 303 sieht man zunächst die Überschneidung des gitterförmigen Streifens 301 mit dem gitterförmigen Streifen 302. In dieser Lage gleitet die Kerbe 302c¹ des Streifens 302 in die Kerbe 301c¹ des Streifens 301, wobei sich die beiden Streifen senkrecht zueinander überschneiden. Wenn die Kerben die gleiche Tiefe besitzen, was auch vorzugsweise der Fall sein wird, greifen die Streifen 301 und 302 vollständig ineinander ein und können leicht miteinander verschweißt werden. In einer ähnlichen Weise überschneidet der untere, aus einem Band bestehende Streifen 402 senkrecht den oberen gitterförmigen Streifen 301a an der Stelle.304, indem die Kerbe 402b in die 301a¹ gleitet, worauf die Streifen miteinander verschweißt werden können. Auch hier besitzen die Kerben vorzugsweise die gleiche Tiefe, so daß die Streifen vollständig ineinander eingreifen und leichter verschweißt werden können.

In Fig. 6 ist auch die Überschneidung des oberen, aus einem Band bestehenden Streifens 401 mit dem unteren, aus einem

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Band "bestehenden. Streifen 402 an der Stelle 305 dargestellt, wobei die Yorsprünge 401a und 402a eine Halterung, die die Federanordnung 501 (gestrichelte Linien) fest in ihrer Lage zu halten vermag·

Die gitterförmigen Streifen 301 und 302 sind ebenfalls mit Vertiefungen 3Od und 302d versehen, die Jeweils obere Abschnitte 301d''' und 302d''· sowie untere Abschnitte 301d'' und 302d'' aufweisen, die in die öffnungen 601 hineinragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt jede Vertiefung eine kleine abgerundete Erhebung 301d¹ und 302d', die sich noch weiter in die öffnung 601 erstreckt. In dieser Weise werden die Berührungsstellen zwischen den Haltestreifen und dem Brennelement möglichst gering gehalten, wodurch die Abnutzungsprobleme verringert werden.

Die Federanordnung ist in Fig. 7 noch deutlicher zu sehen. Die Federanordnung 501 wird von oben durch die Vorsprünge 401a und 402a, die von den oberen und unteren, aus einem Band bestehenden Streifen 401 und 402 (mit Vertiefungen dargestellt) nach unten ragen, gehalten und von unten von den Vor Sprüngen 401a und 402a, die von den oberen und unteren, aus einem Band bestehenden Streifen 401 und 402 ( mit Vertiefungen dargestellt) nach oben ragen. Die Vorsprünge passen in die oberen und unteren Ecken der oberen und unteren, kastenförmig ausgebildeten Teile 501d und 501 e der Federanordnung 501 hinein, wodurch verhindert wird, daß sich die Federanordnung in ihrer iage dreht. Die Federanordnung 501 besitzt vier federnde Teile, von denen jeder einen Hauptfederbogen 501a aufweist, der von zwei kleineren Federbögen 501b und 501c flankiert wird. Mindestens einer der

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Hauptfederbögen 501a erstreckt sich, in die öffnung 601 und berührt das (nicht dargestellte) Brennelement 101. Während der Federbogen 501a durch, das Brennelement 101 in Richtung auf das Innere der Federanordnung 501 gedrückt wird, überträgt sich ein Teil der Kraft des Federbogens 501a auf die-Bögen 501b und 501c. Mindestens einer der Haupt!vderbögen 501a erstreckt sich in die öffnung 601 und berührt das (nicht dargestellte) Brennelement 101. Während der Federb« j,en 501a durch das Brennelement 101 in Richtung auf das Innere der Federanordnung 501 gedrückt wird, überträgt sich ein Teil der Federkraft des Bogens 501a auf die Bögen 501b und 501c und gewährleistet, daß der Bogen 501a seine Flexibilität über eine längere Zeitdauer aufrechterhält· Die Bögen 501b und 501c sind so ausgebildet, daß (durch einen geringeren Krümmungsradius)als der des Bogens 501a) sie eine geringere Flexibilität besitzen. Dementsprechend berühren diese beiden Bögen das Brennelement 101 und üben hierauf eine starke Kraft aus, wenn es den Hauptfederbögen 501a zu weit eindrückt. Diese Gegenkraft verhindert außerdem, daß eine zu starke Kraft auf den Hauptfederbögen 501a übertragen wird, so daß wiederum hierdurch verhindert wird, daß ein Teil der Feder abbricht. Sie dient außerdem dazu, daß der Hauptbogen 501a seine Elastizität behält.

Die Figur 8 zeigt die Draufsicht auf die erfindungsgemäße Abstandshalterung. Die Brennelemente 101 passen in die öffnungen 601 hinein und werden durch die Feder 501a gegen die ■Vertiefungen gedrückt. Dies ist in Fig. 9 deutlicher zu sehen, die eine Vergrößerung des mittleren Teils der Fig. 8 darstellt. ITa₁Ch einer bevorzugten Ausführungsform berührt das Brennelement 101 nur die am Umfang vorspringenden Teile 301d" und J02d' ·

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Die Figur 9 zeigt außerdem ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Federanordnung. Der Federbogen 501a kann sich entweder nach, außen in Richtung auf die öffnung 601 erstrecken, um das Brennelement 101 zu berühren, oder aber auch nach innen in Richtung auf die Federanordnung. Die oberen und unteren rechten Federanordnungen sind "Ein-Blatt"-Anordnungen} d.h. sie haben nur einen Bogen 501a, der sich in die öffnung 601 erstreckt. Auf der unteren linken Seite ist eine "Zwei-Blatt"-Anordnung vorgesehen} d.h. es sind zwei Bögen 501a vorhanden, die sich in verschiedene öffnungen 601 erstrecken. Schließlich ist eine "Vier-Blatt"-Anordnung auf der oberen linken Ecke der Figur 9 dargestellt. Diese einzigartige Federanordnung gestattet eine wesentlich leichtere Herstellung und Montage der Abstandshalt erungen, während gleichzeitig größere Abweichungsmöglichkeiten wie bei den herkömmlichen Anordnungen gegeben sind.

Mach einem anderen bevorzugten Merkmal sind sowohl die aus einem Band bestehenden Streifen als auch die gitterförmigen Streifen mit Vertiefungen versehen, so daß bei den Überschneidungen die an die Federn angrenzenden Vertiefungen, die sich in die öffnungen erstrecken, als "Stütz"-Vertiefungen wirken} d.h. sie berühren das Brennelement nicht, bis die Feder zusammengedrückt ist. Auf diese Weise können sie verhindern, daß die Federn brechen oder schnell ihre Flexibilität verlieren, da hierdurch der Betrag der Auslenkung der Feder beschränkt wird.

Es ist natürlich möglich, die Abstandshalterung in vielfacher Weise abzuändern, ohne damit den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patent anspr'üche

1.) Abstandshalterung zur Fixierung der räumlichen Anordnung von Brennelementen innerhalb eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch

a) ein umlaufendes Halteband (201) mit daran befestigten gitterförmigen Eckgliedern (202),

b) Haltestreifen (301, 302, 401, 402), die an dem umlaufenden Halteband (201) befestigt sind und die durch Überschneidungen öffnungen (601) innerhalb des umlaufenden Haltebandes (201) bilden, in welche die Brennelemente (101) einsteckbar sind, und

c) Federanordnungen (501), die von den Stützstreifen (401, 402) in ihrer Lage gehalten werden, wobei die lederanordnungen (50^) an mindestens einigen der Überschneidungen der Haltestreifen (401, 402) angeordnet sind.

2. Abstandshalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterförmigen Eckglieder (202) obere und untere, mit Vertiefungen versehene Streifen (202b) sowie ein dazwischenliegendes, gitterförmiges Glied (202c) aufweisen, die durch Verbindungsstücke (202a) aneinander befestigt sind.

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3. Abstandshalterung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen in die im Anschluß an das Eckglied (202) gebildeten Öffnungen (601) hineinragen, wobei die Vertiefungen des oberen und unteren Streifens (202b) in senkrechter Richtung aufeinander ausgerichtet sind.

4-. Abstandshalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile (203) einen unteren Abschnitt (203a) sowie einen mit Vertiefungen (203c¹) versehenen oberen Abschnitt (203c) besitzen, während zwischenaden beiden Abschnitten ein vorgebogener mittlerer Abschnitt (203b) vorgesehen ist, in dessen unterem Teil öffnungen angeordnet sind.

5. Abstandshalterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der obere Abschnitt (203c) als auch der untere Abschnitt (203a) der Seitenteile (203) Vertiefungen (203c¹ bzw. 203a·¹) aufweisen, die sich in die öffnungen (601) erstrecken, welche durch die sich überschneidenden Haltestreifen (301, 302, 401, 4-02) im Anschluß an die Seitenteile (203) gebildet werden.

6. Abstandshalterung nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (203a¹) des unteren Abschnittes (203a) im Anschluß an den vorgebogenen Mittelteil (203b) vorgesehen sind und nach dessen öffnungen hin offen sind.

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7. Abstandshalterung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebogenen, mittleren Abschnitte (203b) weiter vorgebogene Abschnitte im Anschluß an die öffnungen des mittleren Abschnittes aufweisen, wobei die Öffnungen des mittleren Abschnittes sich auf diesem gegenüberliegen.

8, Abstandshalterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vertiefungen in die Öffnungen (601) hinein erstrecken und die Vertiefungen an ihren äußersten Enden abgerundete Vorsprünge aufweisen.

9- Abstandshalterung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß gede der Federanordnungen (501) mindestens einen Hauptfederbogen (501a) aufweist, der sich in die öffnung (601) hinein erstreckt, und das in der öffnung (601) befindliche Brennelement (101) berührt, wobei die Vertiefungen, die im Anschluß an die Federbögen (501) vorgesehen sind und sich in die öffnung hinein erstrecken, das Brennelement (101) nicht berühren, bis der Federbogen (501a) zusammengedrückt ist.

10. Abstandshalterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnungen (501) aus vier Hauptbögen (501a) bestehen, die an einem oberen Abschnitt (501d) sowie einem unteren Abschnitt (501e) befestigt sind, wobei sich die 3?ederbögen einander gegenüberliegen und nur diejenigen, die die Brennelemente (101) berühren, in die öffnung (601) hineinragen.

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